Centripetal vs Centrifugal Force: Mi a különbség és miért számít?

A centripetális erő és a centrifugális erő két olyan kifejezés, amelyet a fizikus hallgatók általában összekevernek vagy félreértenek.

Tipikus tévhit, hogy a centripetális erő egy objektum körútjának közepe felé irányul, míg a centrifugális erő kifelé irányul, mintha a kettő ellentétes irányban hatna. Ezek közül azonban valójában csak az egyik a igazi Kényszerítés!

Az egyetlen erő, amely egy tárgy körmozgását okozza, az centripetális erő, amely mindig a körút közepe felé irányul. Ha például egy autó lekanyarodik egy kanyarban, akkor az a centripetális erő, amely kanyarban mozog, és nem egyenes, a kör sugara mentén irányul.

• A centrifugális erő fiktív erő, vagyis azt jelenti nem igazi erő. Centripetális erő valós.

Centrifugális erő, másrészről, nem létezik. A "Vissza a jövőbe" fluxuskondenzátorhoz hasonlóan ezt a kifejezést azért is találták ki, hogy segítsen leírni valami képzelt dolgot, bár néhány valós megfigyelés alapján. A körben való mozgás hatására egy tárgy úgy érzi, mintha kifelé "repülne", és az egy

Amikor egy autó nehéz balra kanyarodik, az utasok úgy érezhetik, hogy "kidobják" őket az autó jobb oldalán. Vagy a hullámvasút hurokjának alján a versenyzők úgy érezhetik, hogy lenyomják őket az ülésekre.

Ezek az érzések a következménye tehetetlenség; azonban, nem erő (bár lehet emlegetni is látszólagos erő). A tehetetlenség azt írja le, hogy egy tárgy hajlamos ellenállni a mozgás változásainak, ahogyan azt Newton első törvénye, a tehetetlenségi törvény írja le.

Amikor az autó hirtelen fordul, vagy a hullámvasút beugrik, a benne lévő emberi testek már bizonyos sebességgel mozognak egy adott irányba. A tehetetlenségi törvény szerint ezek a testek kezdetben ellenáll sebességük megváltoztatása.

Az utasok még mindig haladnak előre az űrben, amikor az autó hirtelen balra indul - tehát ahelyett, hogy "jobbra dobnák", az autó valójában balról beléjük csapódva, ahogy hirtelen mozog. Miután testük felzárkózik és elkezd mozogni balra is, a lezuhanás érzése véget ér.

Hasonlóan a hullámvasútban a testek még mindig lefelé mozognak, amikor a hullámvasút felfelé kezd tolódni rajtuk. Amíg testük fel nem ér, hogy megfeleljen a hullámvasút új sebességének, addig úgy érzik, hogy a szekerek külsejéhez dobják őket. Testük még mindig a szekerek felé halad, miközben a szekerek most a testük felé mozognak.

A centripetális erő csak egy része annak a receptnek, amely arra szolgál, hogy valami körben mozogjon. A másik összetevő lineáris sebesség. Az objektumnak akkor kell mozognia, ha a centripetális erő a mozgásával egyenes szögben hat, hogy körben mozoghasson.

Vegyünk egy labdát a húr végén. Ahhoz, hogy az ember a feje körül forogjon, először egy dobást kell adnia valamilyen vízszintes komponenssel (más szóval, nem közvetlenül önmagába vagy attól távol). A személy megfeszíti a húrt, és a labda inkább körbe kezdi őket, mintsem kirepüljön.

Két dolognak kell történnie ahhoz, hogy a kötélen lévő labda folyamatosan forogjon: Az embernek feszesen kell húznia a kötelet (behúzva), és enyhe vízszintes mozdulatokat kell hozzáadniuk a labda lineáris mozgásának fenntartása érdekében, amely egyébként lelassulna a levegővel való súrlódástól. (Az űrben azonban az ember megtenné csak meg kell húzni a tanított kötelet, mivel a labda vákuumban forogva nem veszítené el lineáris sebességét.)

Ha a labda nem mozdult, és az illető feszesen húzta meg a kötelet, akkor a labda csak befelé haladt az illető felé, és nem egy kör. Ha a labda közvetlenül az embertől mozdult ki, és felhúzták a kötelet, akkor először a labda lelassult, majd irányt váltott és visszament a személy felé, ismét nem egy kört.

Ezekben az esetekben nem is lenne értelme a kötélen keresztül továbbított erőt centripetális erőnek nevezni. Ez egyszerűen a golyóra kifejtett feszültségerő.

A szó centripetális csupán egy módja annak, hogy leírjuk az objektum lineáris sebességére merőlegesen ható erőt. Sokféle tárgy vagy interakció képes centripetális erőket létrehozni.

Például, mint már említettük, egy körben forogó kötél centripetális erőt biztosít a végére kötött tárgyra. Egy kanyarban megforduló autó centripetális erőt tapasztal a gumiabroncsok és az út közötti súrlódásból. A pályán lévő műhold továbbra is körben mozog, mivel a gravitációs erő centripetális erőt biztosít a Föld közepe felé.

Ezen esetek mindegyikében, ha a centripetális erő forrását hirtelen eltávolítanánk, akkor a kötél, a súrlódás vagy a gravitáció, az objektum abbahagyná a kört. Pontosabban, ez a kör érintőjeként repülne le bármilyen lineáris sebességgel.

Mivel a centripetális erő egy tárgy körútjának és a centrifugális erőnek a közepe felé irányul nem létezik annak ellensúlyozására, az ívelt úton haladó objektumnak tapasztalnia kell a net erő a kör közepe felé.

Newton második törvényéből, F = ma, ebből következik, hogy egy nettó erő gyorsulást okoz. Valóban, bárminek, ami egy körben mozog, gyorsulása van, a továbbiakban: centripetális gyorsulás, a kör közepe felé.

Ez ellentmondónak tűnhet, tekintve, hogy a gyorsulás változó sebességet jelent, mégis rengeteg dolog látszólag állandó sebességgel mozog egy körben.

Itt segít felidézni, hogy a sebesség vektor, mind nagyságú, mind irányú, és ezek bármelyikének megváltoztatása új sebességet eredményez. Amint egy tárgy körben mozog, mind a lineáris sebessége, mind a centripetális gyorsulása folyamatosan változik; az út bármely pontján az egyes vektorok nyilai más irányba néznek, mint az út bármely más pontján.

Tehát az objektum tovább utazik a azonos sebességgel de folyamatosan változó irányban. A fizikusok ezt úgy írják le egységes körmozgás.

Mivel a centripetális erő mindig merőleges egy tárgy lineáris sebességére, leírja az objektum körútjának sugarát. Ezért minél nagyobb a centripetális erő, annál nehezebb a "húzás" befelé, annál szorosabb vagy kisebb lesz a kör, és minél lazább a centripetális erő, annál nagyobb lesz a körút.

Ennek intuitív módon lehet értelme: behúzni a labdát tartó kötelet, vagy kanyarodni a tapadó felület, nagyobb súrlódással, mint egy sima felületen, mint a jég, mindkettő kisebb kör alakú lesz mozgások. Ne feledje, hogy bármilyen helyzetben az egyetlen erő, amely a körmozgást okozza, egy befelé irányuló, centripetális erő. Egyetlen centrifugális erő sem tolja ki a tárgyat "körbe".